论文中文题名: | 矿用本安型布控球的研究与设计 |
姓名: | |
学号: | 21207223094 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085400 |
学科名称: | 工学 - 电子信息 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 电子安全技术 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-11 |
论文答辩日期: | 2024-05-28 |
论文外文题名: | Research and design of intrinsically safe ball camera for mine |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Ball Camera ; Intrinsically Safe ; Discharge Characteristic ; Fault Power Supply Protection Circuit ; Motor Protection Circuit |
论文中文摘要: |
井下作业或救援时需要搭建临时应急视频监控系统。而布控球具有自备电源、无线传输、云台控制等特点,是搭建临时监控的最佳设备,但目前却无法满足矿用Ⅰ类设备的防爆要求。因此,本文基于本质安全技术对布控球进行研究,并设计了一款矿用本安型布控球,为井下作业和救援提供了更为可靠的监控解决方案。 由于储能元件在电路故障时会产生瞬态能量进而引爆井下混合可燃性气体,所以需要对故障放电过程做出限制。因此本文针对矿用本安型布控球硬件电路不同类型,分别构建了容性电路短路火花放电模型和感性电路断路电弧放电模型。并通过Matlab对放电模型进行仿真,同时探讨了各元件电气参数对故障放电过程的影响,为后续矿用本安型布控球具体硬件电路设计和元件参数设置提供了理论依据。 本文设计了矿用本安型布控球各硬件单元电路,包括核心处理单元、本安云台单元、本安电源树、视频采集单元、音频单元以及通信单元。针对本安云台单元设计了一种基于电弧电压变化率的电机保护电路,该电路由电弧监测电路、信号保持电路、开关驱动电路等子电路组成。针对本安电源树设计了基于火花电流变化率的电源保护电路,该电路由采样放大电路、微分电路、比较电路、单稳态触发电路以及开关驱动电路等子电路组成。同时还根据放电特性对电路中各元件电气参数进行选型和计算,为后续电路仿真与实验分析奠定基础。 利用Pspice仿真软件对硬件电路进行仿真,通过仿真验证了软启动、过压过流保护、短路保护、输出抗干扰、断路保护等功能。随后在实验室环境下搭建了矿用本安型布控球实验测试平台,对布控球硬件电路进行实际测试。结果表明本文的布控球断路电弧最大瞬时功率被限制在3 W以内,输出电压纹波稳定维持在10 mV以下,短路保护电路动态响应时间在2 ms以内,短路火花能量被限制为76.8 mJ。满足国家规定的Ⅰ类电气设备防爆要求。 |
论文外文摘要: |
It is essential to establish a temporary emergency video surveillance system during underground operations or rescue missions. The distributed ball camera possesses self-powered capabilities, wireless transmission, and console control, making it the optimal equipment for constructing temporary monitoring systems. However, its current inability to meet the explosion-proof requirements of mining Class I equipment necessitates this study's focus on intrinsic safety technology. Consequently, a mine intrinsically safe ball camera has been designed in this paper to provide a more dependable monitoring solution for underground operations and rescue efforts. The fault discharge process needs to be limited because the energy storage element will generate transient energy when the circuit fails and then detonate the mixed combustible gas in the well. According to the different discharge types of the intrinsic safety type distributing ball hardware circuit for mining, this paper constructs the short circuit spark discharge model of the capacitive circuit and the open arc discharge model of the inductive circuit. The discharge model is simulated by Matlab, and the influence of the electrical parameters of each component on the fault discharge process is discussed, which provides a theoretical basis for the specific hardware circuit design and component parameter setting of the intrinsically safe ball camera for subsequent mine use. In this paper, the hardware circuits of intrinsically safe type ball camera for mining are designed, including core processing unit, intrinsically safe cloud station unit, intrinsically safe power tree, video acquisition unit, audio unit and communication unit. A motor protection circuit based on arc voltage change rate is designed, which is composed of arc monitoring circuit, signal holding circuit, switch driving circuit and so on. A power protection circuit based on spark current change rate is designed for the local safety power tree. The circuit consists of sampling amplifier circuit, differential circuit, comparison circuit, monostable trigger circuit and switch driver circuit. At the same time, the electrical parameters of each component in the circuit are selected and calculated according to the discharge characteristics, which lays a foundation for the subsequent circuit simulation and experimental analysis. The hardware circuit is simulated by Pspice simulation software, and the functions of soft start, over voltage and over current protection, short circuit protection, output anti-jamming and open circuit protection are verified by simulation. Then, the experiment and test platform of intrinsic safety ball camera for mine was built in the laboratory environment, and the hardware circuit of ball camera was actually tested. The results show that the maximum instantaneous power of the circuit breaking arc is limited to less than 3 W, the output voltage ripple is stable below 10 mV, the dynamic response time of the short-circuit protection circuit is less than 2 ms, and the short-circuit spark energy is limited to 76.8 mJ. Meet the national provisions of Class I electrical equipment explosion-proof requirements. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD684 |
开放日期: | 2024-06-12 |